stringtranslate.com

ствол ТИМ

TIM -ствол (триозофосфатизомераза), также известный как альфа/бета-ствол , [1] : 252  представляет собой консервативную белковую укладку, состоящую из восьми альфа-спиралей (α-спиралей) и восьми параллельных бета-нитей (β-нитей), которые чередуются вдоль пептидного остова . [2] Структура названа в честь триозофосфатизомеразы , консервативного метаболического фермента . [3] TIM-стволы распространены повсеместно, и приблизительно 10% всех ферментов принимают эту укладку. [4] Кроме того, пять из семи классов ферментов комиссии ферментов (EC) включают белки TIM-ствола. [5] [6] TIM-ствол является эволюционно древним , и многие из его членов сегодня не имеют большого сходства , [7] вместо этого попадая в сумеречную зону сходства последовательностей . [ 8] [9]

Внутренний бета-ствол (β-ствол) во многих случаях стабилизируется сложными сетями солевых мостиков . [10] Петли на С-концевых концах β-ствола отвечают за каталитическую активность [11] [12] , в то время как петли на N-конце важны для стабильности TIM-стволов. Структурные вставки, варьирующиеся от расширенных петель до независимых доменов белка, могут быть вставлены вместо этих петель или на N-конце/C-концах. TIM-стволы, по-видимому, эволюционировали посредством дупликации генов и событий слияния доменов полуствольных белков, [13] при этом большинство TIM-стволов происходят от общего предка . Это привело к тому, что многие TIM-стволы обладают внутренней симметрией. [14] Дальнейшие события дупликации генов этого предкового TIM-ствола привели к расхождению ферментов, обладающих функциональным разнообразием, наблюдаемым сегодня. TIM-стволы также были давней целью для дизайнеров белков . Успешные конструкции ствола TIM включают как доменные слияния существующих белков, так и de novo конструкции. Эксперименты по доменным слияниям привели к множеству успешных конструкций, [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] тогда как de novo конструкции дали успех только после 28 лет постепенной разработки. [22]

Структура

Триозофосфатизомераза (TIM), выделенная из куриных мышц ( PDB : 1TIM ​), архетипический фермент ствола TIM. (A) Мультяшное изображение структуры ствола TIM. α-спирали окрашены в бирюзовый цвет, β-тяжи окрашены в оранжевый цвет, а петли окрашены в зеленый цвет. Обратите внимание, что C-концы β-тяжей изображены наконечниками стрелок. (B) Области ядра и пор выделены. Аминокислотные остатки, принадлежащие порам, окрашены в синий цвет. Аминокислотные остатки, принадлежащие ядру, окрашены в оранжевый цвет. Обратите внимание, что ствол TIM изображен в виде сверху вниз , где C-концы β-ствола направлены к читателю.
Топология бочкообразной структуры TIM. α-спирали окрашены в бирюзовый цвет, петли окрашены в зеленый цвет, а β-тяжи окрашены в два оттенка оранжевого. Более светлые оттенки указывают остатки, направленные внутрь , к поре бочкообразной структуры. Более темные оттенки указывают остатки, направленные наружу , к ядру бочкообразной структуры. Голубые линии показывают пример сети водородных связей основной цепи β-бочки. Обратите внимание, что сети водородных связей боковой цепи здесь не показаны. Внутренние остатки β-бочки (остатки поры) демонстрируют 4-кратную геометрическую симметрию, несмотря на то, что они выходят из 8-цепочечной β-бочки. Эта симметрия проиллюстрирована в виде двух примеров «слоев» красного и синего цветов. Каждый слой содержит 4 остатка, направленных к поре и лежащих в одной плоскости, перпендикулярной оси бочкообразной структуры. Число сдвига для баррелей TIM всегда равно 8 и показано пурпурным цветом. Некоторые баррели TIM естественным образом принимают или спроектированы для принятия двух- или четырехкратной симметрии. Примеры асимметричных единиц также выделены. Этот рисунок был адаптирован с разрешения из ранее опубликованной работы. [23]

Топология

Ствол TIM получил свое название от фермента триозофосфатизомеразы (TIM), который был первым белком, обладающим сгибом, который был кристаллизован . [3] Стволы TIM содержат 200-250 аминокислотных остатков, [2] сложенных в 8 альфа-спиралей (α-спиралей) и 8 бета-цепей (β-цепей). β-цепи организованы в параллельный бета-ствол (β-ствол) и окружены 8 α-спиралями. Определяющим свойством β-стволов TIM является то, что они всегда обладают сдвиговым числом 8. [2] Сдвиговое число определяется путем выбора остатка x на β-цепи-1 и перемещения вдоль β-ствола в перпендикулярном направлении к направлению нитей, пока не будет достигнут остаток y на исходной β-цепи-1. Число остатков между начальной и конечной позициями (|y−x|) является числом сдвига. [24] Поскольку число нитей равно числу сдвига, боковые цепи поочередно направлены к поре и ядру, что дает 4-кратную симметрию. α-спирали окружают и полностью охватывают внутреннюю β-ствол. Короткие петли обычно соединяют вторичные структуры α и β, образуя топологию повтора (βα) 8. В некоторых случаях структуры, варьирующиеся от расширенных петель до независимых доменов, могут быть вставлены вместо этих петель или могут быть прикреплены к N/C-концам. Все ферменты ствола TIM обладают каталитическими сайтами на С-конце β-ствола, [25] и структурные вставки, присутствующие близко к этому концу, могут способствовать каталитической активности.

Сердцевина и поровые области

Стволы TIM содержат две отдельные скрытые области, где аминокислотные остатки полностью окутаны своими соседями и не имеют доступа к растворителю. Термин «пора» является неправильным, поскольку в этой области не существует каналов растворителя. Основная область состоит из всех остатков, составляющих интерфейс α-β, и лежит снаружи от центрального β-ствола. Область пор состоит из всех внутренних остатков β-ствола, которые окружены и заключены в остов β-ствола.

Из-за складчатой ​​природы β-нитей, альтернативные остатки вдоль нити почти равномерно распределены между порой (53%) и ядром (47%). Для β-бочек 95% их остатков ядра скрыты. Только 11% их остатков ядра являются полярными , обладающими сродством к воде и обладающими способностью образовывать водородные связи или солевые мостики. [10] Аналогично, 84% остатков пор β-нитей скрыты. Однако 42% их остатков пор являются полярными. Эти остатки образуют сложные сети солевых мостиков, чтобы компенсировать отсутствие доступа к растворителю.

Стабилизирующие элементы ствола ТИМ

Пример сети солевых мостиков в 2-дезоксирибозо-5-фосфатальдолазе ( PDB : 1P1X ​). Взаимодействия показаны голубыми пунктирными линиями. Полярные остатки окрашены в зеленый цвет. Здесь показаны полярные аминокислоты аспартат (D), глутамат (E), лизин (K) и аргинин (R).

Солевые мостики в порах ствола TIM, как полагают, способствуют общей стабильности складки. Пример большой сети солевых мостиков можно найти в 2-дезоксирибозо-5-фосфат альдолазе . Было обнаружено, что эта сеть сохраняется в семействе альдолаз класса I.

Точная причина чрезмерного представительства полярных остатков и солевых мостиков внутри поры остается неясной. Одно исследование предполагает, что они улучшают складчатость , а не термодинамическую стабильность баррелей TIM. В процессе складывания внутренние остатки пор на β-нитях будут подвергаться воздействию воды. Частично сложенные модули βαβα, называемые фолдонами, будут энергетически стабилизированы полярными остатками пор на этой стадии складывания.

В другом исследовании, включавшем белок TIM-бочонка индол-3-глицеролфосфатсинтазы S. solfataricus , было обнаружено, что консервативный модуль βαβαβ является важным шаблоном сворачивания, который управляет сворачиванием других вторичных структур. Закрытие β-бочонка происходило только в конце процесса сворачивания. Однако в этом случае авторы приписали стабильность фолдона разветвленным алифатическим аминокислотам (валину, лейцину и изолейцину).

Другим стабилизирующим элементом в бочках TIM является зажим -шпилька бета . Доноры водородных связей боковой цепи на N-концах четных β-нитей часто образуют водородные связи с амидными водородами основной цепи в предшествующих нечетных β-нитях. Эти зажимы (или гидрофобные аналоги мостиков боковой цепи) сохраняются в ортологах 3-индол-3-глицеролфосфатсинтазы TIM-бочек из царств бактерий и архей, что подразумевает, что они возникли у своего последнего общего предка и сохранились более миллиарда лет.

Конструкционные вставки

Примеры структурных вставок в петле TIM-бочонка и N/C-концевых областях. (A) Оротидин-5'-монофосфатдекарбоксилаза Bacillus subtilis ( PDB : 1DBT ​) . Оротидин-5'-монофосфат окрашен в зеленый цвет. α-спиральные вставки окрашены в бирюзовый цвет. Каталитический остаток аргинина (R215) отображается в виде палочек. (B) Бифункциональная изомераза биосинтеза гистидина/триптофана Mycobacterium tuberculosis (PriA) ( PDB : 2Y85 ​). CdRP, продукт реакции TrpF, окрашен в зеленый цвет. Взаимозаменяемые структуры β-цепи/петли окрашены в оранжевый цвет. (C) Дигидрооротатдегидрогеназа A Lactococcus lactis (DHODA) ( PDB : 2DOR ​). β-тяжи, образующие лист, окрашены в оранжевый цвет. Расширенные петли окрашены в зеленый цвет. Полость, образованная этими структурами, отображается в виде синей сетки. Продукт оротат окрашен в пурпурный цвет. Кофактор FMN окрашен в розовый цвет. (D) Триметиламиндегидрогеназа Methylophilus methylotrophus ( PDB : 2TMD ​). [26] Домен складки Россманна окрашен в соответствии со вторичными структурными элементами. Кофактор FMN окрашен в пурпурный цвет. [4Fe-4S] + окрашен в красный цвет. Обратите внимание, что субстрат/продукт не были кристаллизованы.

N/C-терминальные и петлевые области на белках TIM-бочки способны размещать структурные вставки, варьирующиеся от простых вторичных структурных мотивов до полных доменов . Эти домены способствуют распознаванию субстрата и каталитической активности. Ниже обсуждаются четыре различных примера бочонков TIM, содержащих дополнительные мотивы и домены.

Оротидин-5'-фосфатдекарбоксилаза Bacillus subtilis ( PDB : 1DBT ​) — это белок-бочонок TIM, демонстрирующий 4 α-спирали вместо βα-петель, обычно присутствующих на C-конце β-бочонка (остатки 35-42, 89-91, 126-133 и 215-219). Одна из этих спиралей (R215→K219) содержит консервативный остаток аргинина (R215), необходимый для взаимодействия с фосфатным фрагментом на оротидин-5'-монофосфате. Другие спирали не содержат остатков, критически важных для каталитической активности, и могут выполнять структурные функции.

Бифункциональная изомераза биосинтеза гистидина/триптофана Mycobacterium tuberculosis (PriA) ( PDB : 2Y85 ) обладает способностью катализировать две реакции: (i) реакция HisA: превращение N-[(5-фосфорибозил)формимино]-5-аминоимидазол-4-карбоксамид рибонуклеотида (ProFAR) в N-[(5-фосфорибулозил)формимино]-5-аминоимидазол-4-карбоксамид рибонуклеотид (PRFAR), и (ii) реакция TrpF: N-(5'-фосфорибозил)-антранилат (PRA) в 1-(O-карбоксифениламино)-1'-дезоксирибулозо-5'-фосфат (CdRP). PriA — это фермент TIM-бочки, который приспосабливает оба субстрата, используя петли активного центра (петли 1, 5 и 6, расширенные петли βα на С-конце β-бочки), которые изменяют конформацию в зависимости от присутствующего реагента. Петля 1 охватывает активный центр только в присутствии ProFAR. Петля 5 охватывает активный центр, принимая конформацию β-листа в присутствии CdRP или конформацию, подобную узлу, в присутствии ProFAR. Петля 6 охватывает активный центр для всех реагентов.

Дигидрооротатдегидрогеназа A (DHODA) Lactococcus lactis ( PDB : 2DOR ​) является примером ствола TIM, обладающего β-слоями и расширенными петлями на С-конце β-слоя. DHODA катализирует окисление дигидрооротата до оротата, что является частью пути синтеза de novo уридин 5'-монофосфата (UMP). Это окисление опосредовано флавинмононуклеотидом (FMN). Здесь β-слои и расширенные петли окружают активный сайт, образуя полость, а также размещают несколько каталитических остатков.

Триметиламиндегидрогеназа Methylophilus methylotrophus ( PDB : 2TMD ​) TIM-ствол является примером полной вставки домена. Здесь домен складки Россмана вставлен в C-конец TIM-ствола. Триметиламиндегидрогеназа катализирует превращение триметиламина в формальдегид. Для этой реакции требуются как восстановленный кофактор 6-S-цистеинилфлавинмононуклеотид (FMN), так и восстановленный железо-серный ([4Fe-4S] + ) центр. FMN ковалентно связан в C-концевой области β-ствола. Центр [4Fe-4S] + слишком велик, чтобы разместиться в TIM-стволе, и вместо этого расположен в непосредственной близости, на расстоянии 7 Å, на интерфейсе между TIM-стволом и доменами складки Россмана.

Складные механизмы

Сохранение бочкообразной складки TIM отражается в сохранении ее равновесных и кинетических механизмов сворачивания в бактериальных паралогах с филогенетически различными линиями. Химическая денатурация нескольких природных [27] [28] и 2 разработанных вариантов бочкообразной TIM [28] неизменно включает в себя высоконаселенный равновесный промежуточный продукт. Кинетические промежуточные продукты, которые появляются после разбавления из сильно денатурирующих растворов, включают в себя ранние неправильно свернутые виды, которые должны, по крайней мере, частично развернуться, чтобы получить доступ к продуктивному пути сворачивания. [27] [28] Скорость-лимитирующим этапом в сворачивании является закрытие 8-цепочечного β-барреля, с предшествующей формой открытого барреля, соответствующей равновесному промежуточному продукту. [29] Моделирование молекулярной динамики, ориентированное на нативные структуры, повторяет экспериментальные результаты и указывает путь к проверяемым вычислительным моделям для сложных механизмов сворачивания. [30]

Сохраненные ландшафты фитнеса

Белки TIM barrel обладают необычайно высокой пластичностью последовательностей, образуя большие семейства ортологичных и паралогичных ферментов в сильно различающихся организмах. Эта пластичность предполагает ландшафт последовательностей, который позволяет адаптировать белок к различным условиям окружающей среды, в значительной степени независимо от филогенетической истории, сохраняя при этом функцию. Глубокий мутационный подход сканирования [31] и конкурентный анализ [32] использовались для определения приспособленности всех возможных аминокислотных мутантов по позициям в 3 ферментах TIM barrel гипертермофильной индол-3-глицеролфосфатсинтазы (IGPS) в поддержке роста дрожжевого хозяина, лишенного IGPS. Хотя 2 бактериальных и 1 архейный фермент IGPS были идентичны по последовательности только на 30-40%, их ландшафты приспособленности были сильно коррелированы: одни и те же аминокислоты в одних и тех же позициях в трех разных белках имели очень похожую приспособленность. Корреляция может рассматриваться как сохранение ландшафта приспособленности для фермента TIM barrel в течение эволюционного времени.

Петлевые регионы

Из приблизительно 200 остатков, необходимых для полного формирования ствола TIM, около 160 считаются структурно эквивалентными между различными белками, разделяющими эту складку. Остальные остатки расположены в областях петель, которые связывают спирали и нити; петли на С- конце нитей, как правило, содержат активный сайт , что является одной из причин, по которой эта складка так распространена: остатки, необходимые для поддержания структуры, и остатки, которые влияют на ферментативный катализ, по большей части являются отдельными подмножествами: [33] Связывающие петли могут быть, по сути, настолько длинными, что они содержат другие домены белка. Недавно было продемонстрировано, что каталитические петли могут обмениваться между различными ферментами ствола TIM как полуавтономными единицами функциональных групп. [34]

Эволюция и происхождение

Координатная диаграмма реакции для SsIGPS при pH 7,8 и 25 °C. Реакция рефолдинга начинается в развернутом состоянии U , первоначально неправильно сворачивается в промежуточное состояние I BP , частично разворачивается, достигая промежуточного состояния I A , преобразование которого в последующее промежуточное состояние I B является лимитирующим по скорости. Последним шагом является преобразование I B в нативное состояние N. Кинетические промежуточные состояния I A и I B соответствуют промежуточному состоянию, наблюдаемому в исследованиях равновесного разворачивания. Ордината представляет собой свободную энергию каждого состояния в механизме реакции сворачивания в ккал моль −1 . Абсцисса представляет собой зависимость разницы в свободной энергии между 2 состояниями от концентрации денатуранта и пропорциональна изменению скрытой поверхности относительно состояния U. Кинетический механизм сворачивания, иллюстрирующий поток развернутого белка в нативную конформацию, показан под координатной диаграммой реакции.
Экспериментально полученные ландшафты приспособленности, отображенные из точечных мутаций, представляют собой отдельные шаги из последовательности WT. Несмотря на значительное расхождение WT в пространстве последовательностей, ландшафты приспособленности ортологов IGPS остаются коррелированными (пунктирные линии). Вместо традиционных двумерных тепловых карт значения приспособленности отображаются на трехмерном вертушке, подчеркивая широкий диапазон возможных эффектов приспособленности одного шага последовательности. Профили вертушек похожи, что указывает на корреляцию ландшафтов приспособленности, даже если последовательности WT (центры колес) идентичны только на 40% и широко разделены. Анализ главных компонентов демонстрирует корреляцию между экспериментальными ландшафтами приспособленности и предпочтениями аминокислот в эволюционировавших последовательностях.

Преобладающая теория эволюции бочкообразного TIM включает в себя дупликацию генов и слияние, начиная с половины бочкообразного, которая в конечном итоге сформировала полную бочкообразную TIM. Многочисленные исследования подтверждают теорию дивергентной эволюции от одного предка и обсуждаются ниже.

Эволюция от общего предка

В начале 1990-х годов было отмечено, что все структуры бочонков TIM, решенные в то время, были ферментами, что указывало на расхождение от общего предка. [11] [12] Кроме того, все бочонки TIM обладали активными сайтами на C-конце β-бочонков. предположили, что общий сайт связывания фосфата, образованный небольшой α-спиралью и петлями бочонка TIM-7/8, настоятельно указывал на дивергентную эволюцию. [35] Дальнейшие исследования этих фосфатных групп пришли к выводу, что 12 из 23 семейств бочонков SCOP TIM произошли от общего предка. [36] Аналогично были намеки на общее происхождение для 17 из 21 семейств бочонков CATH TIM. [7] На основании этих отчетов считается вероятным, что большинство белков бочонков TIM произошли от общего предка.

Происхождение через дупликацию генов и слияние доменов

Модель эволюции стволов TIM посредством дупликации генов и слияния доменов , предложенная Лангом и др . [13] Эта модель описывает эволюцию ферментов HisA и HisF пути биосинтеза гистидина. Считается, что произошло два шага дупликации генов. Первая дупликация генов привела к образованию двух полустволов, которые позже слились и эволюционировали в предковый ствол TIM. Второе событие дупликации генов привело к диверсификации и эволюции различных ферментов ствола TIM, катализирующих различные реакции.

Многие белки-бочонки TIM обладают 2-кратной, 4-кратной или 8-кратной внутренней симметрией, что позволяет предположить, что бочонки TIM произошли от предковых мотивов (βα) 4 , (βα) 2 или βα посредством дупликации генов и слияния доменов . Хороший пример 2-кратной внутренней симметрии наблюдается в ферментах ProFAR-изомеразе (HisA) и имидазолглицеролфосфатсинтазе (HisF) пути биосинтеза гистидина Thermotoga maritima . [13] Они катализируют 2 последовательные реакции в пути, обладают 25%-ной гомологией последовательностей и обладают среднеквадратичными отклонениями (RMSD) в диапазоне 1,5-2 Å, что предполагает расхождение с общим предком. Что еще интереснее, петли на концах C-конца HisA и HisF показали дважды повторяющийся рисунок, что предполагает, что их общий предок также обладал двойной внутренней симметрией. Используя эти наблюдения, была построена модель эволюции стволов TIM. [13] Предковый полуствол претерпел бы событие генной дупликации и слияния, в результате чего образовался бы один белок, содержащий два домена полуствола. Произошли бы структурные адаптации, в результате чего эти домены объединились бы в закрытый β-ствол и образовали бы предковый ствол TIM. Также произошли бы функциональные адаптации, в результате чего возникла бы эволюция новой каталитической активности на конце C-конца β-ствола. В этот момент общий предок HisA и HisF претерпел бы второе событие генной дупликации. Дивергентная эволюция дублированных генов предкового ствола TIM привела бы к образованию HisA и HisF.

Интересно, что эта эволюционная модель была экспериментально подтверждена с использованием рационального дизайна белка и направленной эволюции . Хёккер и др. сначала слили две C-концевые половины HisF, получив HisF-CC. Затем эта конструкция была стабилизирована путем вставки внутреннего солевого мостика , получив HisF-C*C. [17] Дальнейшая пошаговая стабилизация и солюбилизация HisF-C*C была достигнута путем оптимизации интерфейса полуствола, что привело к образованию HisF-C**C и HisF-C***C соответственно. [15] [16] Кристаллическая структура HisF-C***C выявила 2-кратный симметричный ствол TIM, подтвердив возможность естественного слияния доменов. Более того, Хёккер создал первые химерные стволы HisAF и HisFA TIM, используя полустволы HisA и HisF. [17] Эти эксперименты привели к предложению нового способа диверсификации и эволюции ферментов TIM-бочки посредством обмена доменами полубочки (βα)4 среди уже существующих бочонков TIM. В соответствии с этой идеей была установлена ​​высокая каталитическая активность конструкции HisAF. [18] Аналогичным образом были созданы химерные βα 5 -флаводоксин-подобные складки (CheY)/HisF TIM-бочки, [19] [20] и идеально 2-кратно симметричная TIM-бочка на основе HisF [21] [28] .

Существование 4/8-кратной внутренней симметрии было предложено на основе вычислительного анализа последовательностей стволов TIM. [14] Например, было предложено, что альдолаза Escherichia coli KDPG [37] ( PDB : 1FQ0 ​) обладает отчетливой 4-кратной симметрией с различимой 8-кратной симметрией. Конструкция 4-кратного симметричного ствола TIM [22] подтвердила возможность более высоких порядков внутренней симметрии в естественных стволах TIM и будет подробно обсуждаться в следующем разделе. На сегодняшний день не было получено никаких экспериментальных доказательств существования 8-кратных симметричных стволов TIM.

De novoКонструкция ствола TIM

sTIM-11, первый успешный de novo TIM-дизайн ствола. Асимметричные (αβ) 2 единицы окрашены отчетливо, подчеркивая внутреннюю 4-кратную симметрию.

Складка TIM-бочки была давней целью для дизайнеров белков de novo . Как было описано ранее, многочисленные бочки TIM были успешно разработаны на основе уже существующих природных полубочек. Напротив, дизайн de novo бочек TIM происходил пошагово в течение 28 лет. [38]

Серия белков Октареллина [39] [40] [41] [42] [43] (Октареллин I→VI) была первой попыткой создать de novo ствол TIM. Поскольку область дизайна белков все еще находилась в зачаточном состоянии, эти попытки дизайна имели лишь ограниченный успех. Хотя они демонстрировали спектры кругового дихроизма , соответствующие белкам αβ и некоторым кооперативным характеристикам сворачивания, все пептиды серии Октареллина были нерастворимы и должны были быть повторно растворены из включений тел для дальнейшей характеристики. Интересно, что Октареллин V.1 [44] демонстрировал сворачивание, подобное Россманну, в условиях сокристалла.

Серия белков Symmetrin (Symmetrin-1→4) продемонстрировала более благоприятные биофизические характеристики. Symmetrin-1 был легко растворим, демонстрировал спектры кругового дихроизма, соответствующие αβ белкам, и демонстрировал превосходные характеристики кооперативного разворачивания и рефолдинга. Несмотря на эти достижения, все белки в этом семействе продемонстрировали расплавленные характеристики при анализе с использованием ЯМР ( ядерного магнитного резонанса ), и дальнейшая работа по решению их структур не могла быть продолжена.

Белки серии sTIM [22] представляли собой первую успешную конструкцию бочкообразного TIM de novo . [45] [38] sTIM-11 ( PDB : 5BVL ​) был разработан с внутренней 4-кратной симметрией для уменьшения сложности вычислительного проектирования с использованием программного пакета Rosetta. [46] Ранее полученные первые принципы [47] использовались для описания топологий и длин вторичной структуры. sTIM-11 оказался высокотермостабильным , кооперативно складывающимся дизайном, который принял свою предполагаемую структуру.

Смотрите также

Ссылки

Эта статья была адаптирована из следующего источника по лицензии CC BY 4.0 (2020) (отчеты рецензента): Deepesh Nagarajan; Neha Nanajkar (2020). "The TIM barrel fold" (PDF) . WikiJournal of Science . 3 (1): 4. doi : 10.15347/WJS/2020.004 . ISSN  2470-6345. Wikidata  Q87400003.

  1. ^ Voet D, Voet JG (2011). "Глава 8. Трехмерные структуры белков". Биохимия (4-е изд.). John Wiley & Sons, Inc. ISBN 978-0470-91745-9.
  2. ^ abc Wierenga RK (март 2001). «Складка TIM-бочка: универсальная структура для эффективных ферментов». FEBS Letters . 492 (3): 193–8. Bibcode : 2001FEBSL.492..193W. doi : 10.1016/s0014-5793(01)02236-0 . PMID  11257493. S2CID  42044123.
  3. ^ ab Banner DW, Bloomer AC, Petsko GA, Phillips DC, Pogson CI, Wilson IA и др. (июнь 1975 г.). «Структура триозофосфатизомеразы куриных мышц, определенная кристаллографически при разрешении 2,5 ангстрема с использованием данных аминокислотной последовательности». Nature . 255 (5510): 609–14. doi :10.1038/255609a0. PMID  1134550. S2CID  4195346.
  4. ^ Jansen R, Gerstein M (март 2000). «Анализ транскриптома дрожжей со структурными и функциональными категориями: характеристика высокоэкспрессируемых белков». Nucleic Acids Research . 28 (6): 1481–8. doi : 10.1093/nar/28.6.1481 . PMC 111042. PMID  10684945 . 
  5. ^ Nagano N, Hutchinson EG, Thornton JM (октябрь 1999 г.). «Бочковые структуры в белках: автоматическая идентификация и классификация, включая анализ последовательности баррелей TIM». Protein Science . 8 (10): 2072–84. doi :10.1110/ps.8.10.2072. PMC 2144152 . PMID  10548053. 
  6. ^ Webb EC (1992). Номенклатура ферментов: Рекомендации Номенклатурного комитета Международного союза биохимии и молекулярной биологии по номенклатуре и классификации ферментов . Academic Press. ISBN 978-0-12-227164-9.
  7. ^ ab Nagano N, Orengo CA, Thornton JM (август 2002 г.). «Одна складка со многими функциями: эволюционные отношения между семействами стволов TIM на основе их последовательностей, структур и функций». Журнал молекулярной биологии . 321 (5): 741–65. doi :10.1016/s0022-2836(02)00649-6. PMID  12206759.
  8. ^ Livesay DR, La D (май 2005). «Эволюционное происхождение и каталитическое значение консервативных электростатических сетей в белках TIM-barrel». Protein Science . 14 (5): 1158–70. doi :10.1110/ps.041221105. PMC 2253277 . PMID  15840824. 
  9. ^ Chung SY, Subbiah S (октябрь 1996). "Структурное объяснение сумеречной зоны гомологии белковых последовательностей". Structure . 4 (10): 1123–7. doi : 10.1016/s0969-2126(96)00119-0 . PMID  8939745.
  10. ^ ab Vijayabaskar MS, Vishveshwara S (2012). "Взгляд на организацию складок ствола TIM из структурных сетей на основе энергии взаимодействия". PLOS Computational Biology . 8 (5): e1002505. Bibcode : 2012PLSCB...8E2505V. doi : 10.1371/journal.pcbi.1002505 . PMC 3355060. PMID  22615547 . 
  11. ^ ab Farber GK, Petsko GA (июнь 1990). "Эволюция ферментов альфа/бета-бочонка". Trends in Biochemical Sciences . 15 (6): 228–34. doi :10.1016/0968-0004(90)90035-A. PMID  2200166.
  12. ^ ab Reardon D, Farber GK (апрель 1995 г.). «Структура и эволюция альфа/бета-бочек белков». FASEB Journal . 9 (7): 497–503. doi : 10.1096/fasebj.9.7.7737457 . PMID  7737457. S2CID  23208817.
  13. ^ abcd Lang D, Thoma R, Henn-Sax M, Sterner R, Wilmanns M (сентябрь 2000 г.). «Структурные доказательства эволюции каркаса бета/альфа-бочонка путем дупликации и слияния генов». Science . 289 (5484): 1546–50. Bibcode :2000Sci...289.1546L. doi :10.1126/science.289.5484.1546. PMID  10968789.
  14. ^ ab Söding J, Remmert M, Biegert A (июль 2006 г.). "HHrep: de novo обнаружение повторов белка и происхождение стволов TIM". Nucleic Acids Research . 34 (выпуск веб-сервера): W137-42. doi : 10.1093/nar/gkl130 . PMC 1538828. PMID  16844977 . 
  15. ^ ab Seitz T, Bocola M, Claren J, Sterner R (сентябрь 2007 г.). «Стабилизация белка (βα)8-barrel, сконструированного из идентичных полубочек». Журнал молекулярной биологии . 372 (1): 114–29. doi :10.1016/j.jmb.2007.06.036. PMID  17631894.
  16. ^ ab Höcker B, Lochner A, Seitz T, Claren J, Sterner R (февраль 2009 г.). «Высокоразрешающая кристаллическая структура искусственного (βα)(8)-бочкового белка, разработанного из идентичных полубочков». Биохимия . 48 (6): 1145–7. doi :10.1021/bi802125b. PMID  19166324.
  17. ^ abc Höcker B, Claren J, Sterner R, Makar AB, McMartin KE, Palese M, Tephly TR (июнь 1975 г.). «Анализ формиата в жидкостях организма: применение при отравлении метанолом». Biochemical Medicine . 13 (2): 117–26. doi :10.1016/0006-2944(75)90147-7. PMC 534502 . PMID  15539462. 
  18. ^ ab Claren J, Malisi C, Höcker B, Sterner R (март 2009 г.). «Установление уровней каталитической активности дикого типа на природных и искусственных (бета-альфа)8-ствольных белковых каркасах». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 106 (10): 3704–9. Bibcode : 2009PNAS..106.3704C. doi : 10.1073/pnas.0810342106 . PMC 2656144. PMID  19237570 . 
  19. ^ ab Bharat TA, Eisenbeis S, Zeth K, Höcker B (июль 2008 г.). «Бета-альфа-бочка, построенная путем объединения фрагментов из разных складок». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 105 (29): 9942–7. Bibcode : 2008PNAS..105.9942B. doi : 10.1073/pnas.0802202105 . PMC 2481348. PMID  18632584 . 
  20. ^ ab Eisenbeis S, Proffitt W, Coles M, Truffault V, Shanmugaratnam S, Meiler J, Höcker B (март 2012 г.). «Потенциал рекомбинации фрагментов для рационального дизайна белков». Журнал Американского химического общества . 134 (9): 4019–22. doi :10.1021/ja211657k. PMID  22329686.
  21. ^ ab Fortenberry C, Bowman EA, Proffitt W, Dorr B, Combs S, Harp J, et al. (Ноябрь 2011 г.). «Исследование симметрии как пути к вычислительному проектированию больших белковых доменов». Журнал Американского химического общества . 133 (45): 18026–9. doi :10.1021/ja210593m. PMC 3781211. PMID  21978247 . 
  22. ^ abc Huang PS, Feldmeier K, Parmeggiani F, Velasco DA, Höcker B, Baker D (январь 2016 г.). «De novo design of a four-fold symmetric TIM-barrel protein with atomic-level precision». Nature Chemical Biology . 12 (1): 29–34. doi :10.1038/nchembio.1966. PMC 4684731 . PMID  26595462. 
  23. ^ Nagarajan D, Deka G, Rao M (август 2015 г.). «Проектирование симметричных TIM-бочек белков из первых принципов». BMC Biochemistry . 16 (1): 18. doi : 10.1186/s12858-015-0047-4 . PMC 4531894. PMID  26264284 . 
  24. ^ Мурзин АГ, Леск АМ, Чотия К (март 1994). «Принципы, определяющие структуру бета-листовых баррелей в белках. I. Теоретический анализ». Журнал молекулярной биологии . 236 (5): 1369–81. doi :10.1016/0022-2836(94)90064-7. PMID  8126726.
  25. ^ Brändén CI (1991). «Бочка TIM — наиболее часто встречающийся мотив сворачивания в белках». Current Opinion in Structural Biology . 1 (6): 978–983. doi :10.1016/0959-440x(91)90094-a.
  26. ^ Barber MJ, Neame PJ, Lim LW, White S, Matthews FS (апрель 1992 г.). «Корреляция рентгеновских и экспериментальных аминокислотных последовательностей триметиламиндегидрогеназы». Журнал биологической химии . 267 (10): 6611–9. doi : 10.1016/S0021-9258(19)50471-9 . PMID  1551870.
  27. ^ ab Forsyth WR, Bilsel O, Gu Z, Matthews CR (сентябрь 2007 г.). «Топология и последовательность в сворачивании белка-бочонка TIM: глобальный анализ подчеркивает разделение между транзитными внепутевыми и стабильными промежуточными продуктами сворачивания на пути в сложном механизме сворачивания (βα)8-бочонка неизвестной функции из B. subtilis». Журнал молекулярной биологии . 372 (1): 236–53. doi :10.1016/j.jmb.2007.06.018. PMID  17619021.
  28. ^ abcd Carstensen L, Sperl JM, Bocola M, List F, Schmid FX, Sterner R (август 2012 г.). «Сохранение механизма сворачивания между спроектированными первичными белками с (βα)8-цилиндрической структурой и их современным потомком». Журнал Американского химического общества . 134 (30): 12786–91. doi :10.1021/ja304951v. PMID  22758610.
  29. ^ Gu Z, Rao MK, Forsyth WR, Finke JM, Matthews CR (ноябрь 2007 г.). «Структурный анализ кинетических промежуточных продуктов сворачивания для белка-бочонка TIM, индол-3-глицеролфосфатсинтазы, с помощью масс-спектрометрии с водородным обменом и моделирования модели Gō». Журнал молекулярной биологии . 374 (2): 528–46. doi :10.1016/j.jmb.2007.09.024. PMC 2735044. PMID  17942114 . 
  30. ^ Halloran KT, Wang Y, Arora K, Chakravarthy S, Irving TC, Bilsel O и др. (август 2019 г.). «Фрустрация и сворачивание белка-бочонка TIM». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 116 (33): 16378–16383. Bibcode : 2019PNAS..11616378H. doi : 10.1073/pnas.1900880116 . PMC 6697809. PMID  31346089 . 
  31. ^ Chan YH, Venev SV, Zeldovich KB, Matthews CR (март 2017 г.). «Корреляция ландшафтов приспособленности из трех ортологичных стволов TIM возникает из ограничений последовательности и структуры». Nature Communications . 8 : 14614. Bibcode :2017NatCo...814614C. doi : 10.1038/ncomms14614 . PMC 5343507 . PMID  28262665. 
  32. ^ Hietpas RT, Jensen JD, Bolon DN (май 2011). «Экспериментальное освещение ландшафта приспособленности». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 108 (19): 7896–901. doi : 10.1073/pnas.1016024108 . PMC 3093508. PMID  21464309 . 
  33. ^ Ochoa-Leyva A, Soberón X, Sánchez F, Argüello M, Montero-Morán G, Saab-Rincón G (апрель 2009 г.). «Проектирование белков посредством систематического обмена каталитической петлей в (бета/альфа)8-складке». Журнал молекулярной биологии . 387 (4): 949–64. doi :10.1016/j.jmb.2009.02.022. PMID  19233201.
  34. ^ Очоа-Лейва А, Барона-Гомес Ф, Сааб-Ринкон Г, Вердель-Аранда К, Санчес Ф, Соберон X (август 2011 г.). «Изучение структурно-функциональной адаптивности петли (β / α) (8)-цилиндрического фермента посредством замены петель и шарнирной изменчивости». Журнал молекулярной биологии . 411 (1): 143–57. дои : 10.1016/j.jmb.2011.05.027. ПМИД  21635898.
  35. ^ Brändén CI (1991). «Бочка TIM — наиболее часто встречающийся мотив сворачивания в белках». Current Opinion in Structural Biology . 1 (6): 978–983. doi :10.1016/0959-440x(91)90094-a.
  36. ^ Copley RR, Bork P (ноябрь 2000 г.). «Гомология среди (βα)(8) стволов: последствия для эволюции метаболических путей». Журнал молекулярной биологии . 303 (4): 627–41. doi : 10.1006/jmbi.2000.4152 . PMID  11054297.
  37. ^ Wymer N, Buchanan LV, Henderson D, Mehta N, Botting CH, Pocivavsek L, et al. (Январь 2001). "Направленная эволюция нового каталитического сайта в 2-кето-3-дезокси-6-фосфоглюконатальдолазе из Escherichia coli". Структура . 9 (1): 1–9. doi : 10.1016/S0969-2126(00)00555-4 . PMID  11342129.
  38. ^ ab Borman S (2015). «Протеиновые дизайнеры выкатывают бочку». Chemical & Engineering News . Vol. 93, no. 47. p. 6.
  39. ^ Goraj K, Renard A, Martial JA (март 1990). «Синтез, очистка и начальная структурная характеристика октареллина, полипептида de novo, смоделированного на основе альфа/бета-бочонковых белков». Protein Engineering . 3 (4): 259–66. doi :10.1093/protein/3.4.259. PMID  2188263.
  40. ^ Борегард М., Горадж К., Гоффин В., Хереманс К., Гурмагтиг Э., Рюйсхарт Дж. М., Мартиал Дж. А. (октябрь 1991 г.). «Спектроскопическое исследование структуры октареллина (белка de novo, разработанного для адаптации упаковки альфа/бета-бочки)». Protein Engineering . 4 (7): 745–9. doi :10.1093/protein/4.7.745. PMID  1798699.
  41. ^ Houbrechts A, Moreau B, Abagyan R, Mainfroid V, Préaux G, Lamproye A и др. (март 1995 г.). «Октареллины второго поколения: два новых полипептида de novo (бета/альфа)8, разработанные для исследования влияния упаковки бета-остатков на стабильность структуры альфа/бета-барреля». Protein Engineering . 8 (3): 249–59. doi :10.1093/protein/8.3.249. PMID  7479687.
  42. ^ Offredi F, Dubail F, Kischel P, Sarinski K, Stern AS, Van de Weerdt C, et al. (январь 2003 г.). "De novo backbone и sequence design of an idealized alpha/beta-barrel protein: evidence of stable tertiary structure" (PDF) . Journal of Molecular Biology . 325 (1): 163–74. doi :10.1016/S0022-2836(02)01206-8. PMID  12473459.
  43. ^ Фигероа М., Оливейра Н., Лежен А., Кауфманн К. В., Дорр Б. М., Матань А. и др. (2013). «Октареллин VI: использование розетты для разработки предполагаемого искусственного белка (β/α)8». PLOS ONE . ​​8 (8): e71858. Bibcode :2013PLoSO...871858F. doi : 10.1371/journal.pone.0071858 . PMC 3747059 . PMID  23977165. 
  44. ^ Figueroa M, Sleutel M, Vandevenne M, Parvizi G, Attout S, Jacquin O и др. (Июль 2016 г.). «Неожиданная структура разработанного белка Octarellin V.1 создает проблему для инструментов прогнозирования структуры белка». Journal of Structural Biology . 195 (1): 19–30. doi :10.1016/j.jsb.2016.05.004. hdl :2268/199167. PMID  27181418.
  45. ^ Нанда V (январь 2016 г.). «Протеиновый дизайн: добираемся до дна бочки TIM». Nature Chemical Biology . 12 (1): 2–3. doi :10.1038/nchembio.1987. PMID  26678608.
  46. ^ Kaufmann KW, Lemmon GH, Deluca SL, Sheehan JH, Meiler J (апрель 2010 г.). «Практически полезно: что может сделать для вас набор для моделирования белков Rosetta». Биохимия . 49 (14): 2987–98. doi : 10.1021/bi902153g . PMC 2850155. PMID  20235548 . 
  47. ^ Koga N, Tatsumi-Koga R, Liu G, Xiao R, Acton TB, Montelione GT, Baker D (ноябрь 2012 г.). «Принципы проектирования идеальных структур белков». Nature . 491 (7423): 222–7. Bibcode :2012Natur.491..222K. doi :10.1038/nature11600. PMC 3705962 . PMID  23135467. 

Внешние ссылки